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正文內(nèi)容

上海司南gnss自動(dòng)化邊坡在線監(jiān)測(cè)方案-全文預(yù)覽

  

【正文】 整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域,并兼顧參考點(diǎn)距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)最近的原則;? 場(chǎng)地穩(wěn)固,年平均下沉和位移小于 2mm;? 視野開(kāi)闊,視場(chǎng)內(nèi)障礙物的高度不宜超過(guò) 15176。混凝土澆鑄過(guò)程中的水泥、沙子、石子及其他添加劑的用量以及混凝土施工的要求均按照表一的要求執(zhí)行;? GNSS 觀測(cè)墩中的鋼筋骨架采用直徑≧10mm 的螺紋鋼筋,使用時(shí)須在距兩端 10cm 處,分別向內(nèi)彎成∩形彎(足筋下端 30cm 處向外彎成∟形彎)用料。制作受凍融影響的混凝土標(biāo)石,宜使用普通硅酸鹽水泥。澆灌標(biāo)石時(shí),須逐層充分搗固;? 氣溫在 0℃以下時(shí),必須加入防凍劑,拆模時(shí)間不得少于 24h,否則不準(zhǔn)施工;? 拆模時(shí)間可根據(jù)氣溫和外加劑性能決定,一般條件下,平均氣溫在 0℃以上時(shí),拆模時(shí)間不得少于 12h。某滑坡滑坡體 GNSS 監(jiān)測(cè)站和參考站一樣,也包括監(jiān)測(cè)站選址、監(jiān)測(cè)站基建、儀器設(shè)備的選擇及設(shè)備安裝四個(gè)部分:(1) 監(jiān)測(cè)站站址選擇根據(jù)各滑坡體監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況,如地質(zhì)條件等及參照《GNSS 測(cè)量規(guī)范》 ,具體布置如上圖。土層觀測(cè)墩24注:所有監(jiān)測(cè)站的水泥觀測(cè)墩的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)按照參考基站的建設(shè)要求。輸出的電壓為 12V,直接供給設(shè)備使用,各部分的作用為: ? 太陽(yáng)能電池板:太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分,也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。? 太陽(yáng)能控制器:太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。? 蓄電池:一般為鉛酸電池,小微型系統(tǒng)中,也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。蓄電池可埋設(shè)在觀測(cè)墩的附近,埋入地下,防凍并避免日曬雨淋、被盜賊偷盜和外力沖擊。 無(wú)線網(wǎng)橋通訊方式無(wú)線網(wǎng)橋是為使用無(wú)線(微波)進(jìn)行遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計(jì)。其主要的組網(wǎng)方式有三種: 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng),中繼的連接,點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體器件的集成化程度的提高,元件間距的減小,半導(dǎo)體的厚度的變薄,使得電子設(shè)備受到瞬態(tài)過(guò)電破壞的可能性越來(lái)越大。 直接雷防護(hù)在距觀測(cè)墩 3- 米處安裝 H=7 米的普通避雷針,選用 Ф16 不銹鋼制作。避雷針與天線的距離選擇大于 3 米,是以中等強(qiáng)度的雷電流通過(guò)避雷針接地泄流時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)到達(dá)天線時(shí)其強(qiáng)度可衰減到安全值的范圍之內(nèi)。 GPS 天線電纜、通訊射頻電纜在接入主機(jī)前,必須加裝天饋浪涌保護(hù)器;? 機(jī)柜中的空氣開(kāi)關(guān)后端并聯(lián)一個(gè)單項(xiàng)電源避雷器,作為電源部分的避雷;? 架空電力線和其他架空線的防雷措施一定要處理好,因?yàn)檫@是引雷重要途徑,其防護(hù)措施有地埋和裝設(shè)避雷地線等;30? 電力線進(jìn)入 UPS 之前,加裝 ZGB148A40 電力線電涌防護(hù)設(shè)備,隔離UPS 和電力線。? 給工作人員創(chuàng)造健康衛(wèi)生的工作環(huán)境。機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的布置應(yīng)有利于操作、管理,有利于各子系統(tǒng)間的技術(shù)聯(lián)接,有利于統(tǒng)一管理和維護(hù)。 室內(nèi)裝修作業(yè)應(yīng)符合《裝飾工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 、 《地面及樓面工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》 、 《木結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。在裱糊、粘接貼面及進(jìn)行其他涂復(fù)施工時(shí),其環(huán)境條件應(yīng)符合材料說(shuō)明書的規(guī)定。機(jī)柜設(shè)計(jì)采用 50cm50cm20cm 的不銹鋼機(jī)箱裝置,加防盜鎖,放在外場(chǎng)機(jī)房里。? 機(jī)柜距離地面宜≥30cm。(5) 服務(wù)器上應(yīng)集成數(shù)據(jù)采集、傳輸、解算、分析,客戶端等軟件,滿足整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的需要。這套軟件對(duì)于人工建筑變形分析--比如大型橋梁,水壩,大型人工建筑以及油田沉陷,礦山采空區(qū)沉陷,城市地下水漏斗沉陷,火山監(jiān)測(cè),山體滑坡監(jiān)測(cè)等等具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。從國(guó)內(nèi)外的有關(guān)研究和應(yīng)用可以看出 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在橋梁、大型建筑、地震、大壩等行業(yè)中應(yīng)用并取得較好的效益。特別是近十余年來(lái),采用GIS(地理信息系統(tǒng))和 GNSS(全球定位系統(tǒng))技術(shù),對(duì)全市監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全面更新與調(diào)整,并正在建設(shè)完善全市地面沉降自動(dòng)化預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)工程。由 CDMonitor 為核心構(gòu)成的變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè) GNSS 接收機(jī)只需要輸出 GNSS 的原始數(shù)據(jù)和星歷,原始數(shù)據(jù)包含了 GNSS 解算所有必要的偽距和載波相位數(shù)據(jù)等,星歷指 GNSS 衛(wèi)星發(fā)播的廣播星歷。CDMonitor 支持各種主流品牌的單多頻GNSS 接收機(jī)混合監(jiān)控。CDMonitor 實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)控軟件支持英文和中文。? 環(huán)境參數(shù)輸入功能。? 權(quán)限管理:一般用戶只能瀏覽數(shù)據(jù),系統(tǒng)管理員才可能對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)軟件本身的工作狀態(tài);各個(gè)機(jī)站的工作狀態(tài)是否正常;網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。2) 精度CDMonitor 直接應(yīng)用 GNSS 接收機(jī)的原始數(shù)據(jù),參考站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)保持嚴(yán)格的同步,所以,大氣層延遲造成的公共誤差被最大程度地抵消,CDMonitor 還采用濾波方法消除 GNSS 動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)中的各種隨機(jī)誤差,是輸出的定位結(jié)果更符合真實(shí)的情況,所以 CDMonitor 根據(jù)采用的 GNSS 接收機(jī)和 GNSS 天線的不同,可以保證毫米級(jí)的定位精度,而通常的 RTK 接收機(jī)動(dòng)態(tài)定位精度為厘米級(jí)。CDMonitor 數(shù)據(jù)傳輸圖由圖可見(jiàn),在 CDMonitor 方式下,流動(dòng)站的原始數(shù)據(jù)僅需要一次串口數(shù)據(jù)通訊和一次網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊,就可以到達(dá)數(shù)據(jù)中心,參考站可以直接與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器相連。CDMonitor 軟件運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)上,整個(gè)計(jì)算功能可以設(shè)計(jì)成冗余模式,增加系統(tǒng)的可靠性,而 RTK 方法不能實(shí)現(xiàn)類似的功能。同時(shí),所有的 GNSS 接收機(jī)設(shè)置也都通過(guò)控制中心的計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行,完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守及遠(yuǎn)程控制。通過(guò)設(shè)定的臨界值,管理者可以通過(guò)圖形顯示得到實(shí)時(shí)的告警,為決策者提供及時(shí)準(zhǔn)確的災(zāi)害預(yù)警信息,避免重大生命、財(cái)產(chǎn)損失。但在系統(tǒng)安裝階段或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),這些窗口提供的信息能幫助我們迅速地解決問(wèn)題。注:采用 CDMonitor 軟件是完全自動(dòng)解算,而靜態(tài)后處理需要人工干預(yù)。這套系統(tǒng)不用操作人員費(fèi)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理、分析結(jié)果等工作,實(shí)時(shí)顯示變形量,大大延長(zhǎng)了預(yù)警時(shí)間減少自然災(zāi)害對(duì)生命、財(cái)產(chǎn)的損失。軟件將原來(lái)在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行解算的工作移植到性能更高、速度更快、更穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)上來(lái)進(jìn)行。傳統(tǒng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)處理需要人工干預(yù)解算、網(wǎng)平差,同時(shí)需要在每一個(gè)點(diǎn)上分時(shí)段長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè),如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)是處于移動(dòng)狀態(tài)則不能解算出有效的結(jié)果。而通常的 RTK 方法,要求參考站和流動(dòng)站之間進(jìn)行通訊,又要求流動(dòng)站和數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行通訊。1) 算法相比 RTK 及傳統(tǒng)靜態(tài)方法而言,CDMonitor 的算法具有如下特點(diǎn):? CDMonitor 采用采用同時(shí)刻(在 1 微秒之內(nèi))的 GNSS 原始觀測(cè)值進(jìn)行差分解算;而 RTK 方法不需要差分改正數(shù)和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)保持同步,一般的參考站接收機(jī)差分改正數(shù)廣播更新率為 1Hz,因此,一般情況下差分改正數(shù)會(huì)延遲 秒到 2 秒不等,在特別情況下,流動(dòng)站能允許 1 分鐘之前的差分改正數(shù)參與解算; ? CDMonitor 可以采用擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)非線性 Kalman 濾波算法進(jìn)行差分解算。 數(shù)據(jù)記錄連接數(shù)據(jù)庫(kù),CDMonitor 能夠記錄用戶需要保留的各項(xiàng)信息,根據(jù)用戶的選擇,記錄的內(nèi)容如下:GNSS 定位數(shù)據(jù)坐標(biāo);精度(水平和垂直) ;PDOP 值;使用衛(wèi)星顆數(shù);解類型。? 具有防死機(jī)功能,一旦某個(gè)監(jiān)測(cè)站出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象,軟件馬上會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)接收機(jī)自動(dòng)重啟;? 可以調(diào)整各個(gè)監(jiān)測(cè)站的位置更新率;? 支持網(wǎng)絡(luò)分布式計(jì)算;? 軟件實(shí)現(xiàn) C/S 架構(gòu),客戶端可以運(yùn)行在遠(yuǎn)程;40? 提供第三方軟件接口,如用 COM 組件的方式實(shí)現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢、管理、報(bào)警;另外,CDMonitor 軟件可用于橋梁、大壩、礦區(qū)等的監(jiān)測(cè),可針對(duì)不同的工作環(huán)境對(duì)用戶圖形界面進(jìn)行定制。38 CDMonitor 數(shù)據(jù)處理軟件 CDMonitor 功能簡(jiǎn)介: CDMonitor 的功能模塊這里用框圖來(lái)表示 CDMonitor 的主要功能模塊。具體的 CDMonitor 實(shí)時(shí)差分變形監(jiān)測(cè)軟件的工作流程可用下圖表示:CDMonitor 工作流程如圖所示,CDMonitor 變形監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)監(jiān)控站的實(shí)時(shí)差分定位,并具有圖形顯示、接收機(jī)設(shè)置、監(jiān)控站參數(shù)設(shè)置、觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等功能。利用 CDMonitor 軟件能進(jìn)行 724 小時(shí)不間斷觀測(cè)。三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警工程于 2022 年 3 月正式啟動(dòng)后,三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作指揮部在全庫(kù)區(qū)建成包括 GNSS 監(jiān)測(cè)網(wǎng)、綜合立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)和遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的專業(yè)監(jiān)測(cè)工程,建立各類監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn) 1447 個(gè),配備 GNSS 接收機(jī) 46 臺(tái)36(套) ,并在重慶市和湖北省的 18 個(gè)區(qū)、縣的 129 處滑坡和庫(kù)岸監(jiān)測(cè)運(yùn)行。例如:英國(guó) Humber 橋的 GNSS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、日本明石海峽大橋的 GNSS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、虎門大橋 GNSS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋的 GNSS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。正因?yàn)槭撬陟o態(tài)相對(duì)定位中的高精度、高效益、全天候、不需通視等優(yōu)點(diǎn),使人們普遍采用其來(lái)代替常規(guī)的三角、三邊、邊角等方法,并在理論、實(shí)踐中取得了可喜的成果。34監(jiān) 測(cè) 時(shí) 間X Y H 相 對(duì) 參 考 站 距 離 X Y H 相 對(duì) 距 離 △ X △ Y △ H 相 對(duì) 距 離 變 化 率 X Y H 相 對(duì) 距 離 變 化 率 △ X △ Y △ H相 對(duì) 距 離 累 計(jì) 變 化 率△ X △ Y △ H 相 對(duì) 距 離 累 計(jì) 變 化 率預(yù) 估 下 一 周 期 變 化本 周 期 變 化 率本 周 期 位 移初 始 坐 標(biāo) 本 期 監(jiān) 測(cè) 坐 標(biāo) 累 計(jì) 位 移所生成的報(bào)表注:報(bào)表的內(nèi)容可以根據(jù)實(shí)際需要增加或刪除。? 外加防護(hù)警告裝置,避免非工作人員破壞。? 供電電源一并引入機(jī)柜,并且強(qiáng)電弱電隔離布線,整潔美觀,便于維護(hù)。(3) 監(jiān)控中心監(jiān)控中心可配備 23 塊顯示屏,顯示監(jiān)視區(qū)域的實(shí)時(shí)變化情況,并配備聲光報(bào)警設(shè)備,可設(shè) 24 小時(shí)有人值班,監(jiān)控中心整潔明亮,具有一定的美觀要求。隱蔽工程(如地板下、吊頂上、假墻、夾層內(nèi))在封口前必須先除塵、清潔處理,暗處表層應(yīng)能保持長(zhǎng)期不起塵、不起皮和不龜裂。機(jī)房的布置和裝修應(yīng)符合防火、安全警衛(wèi)、應(yīng)急狀態(tài)工作等要求。工作人員需要晝夜在機(jī)房?jī)?nèi)工作,為有利于他們的健康、有處于他們精力充沛,機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)有良好的通風(fēng)、溫度、采光、空間、色彩等環(huán)境。 控制中心機(jī)房建設(shè)(1) 機(jī)房布置及裝修的原則? 各類設(shè)備需要一定的安裝空間、使用空間、維修空間。預(yù)防直接雷示意圖29某項(xiàng)目避雷針現(xiàn)場(chǎng)示意圖接地電阻要求小于 10 歐姆,如果當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪瘦^高,降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法:? 采用多支線外引接地裝置,外引長(zhǎng)度不應(yīng)大于有效長(zhǎng)度;? 接地體埋于較深的低電阻率土壤中;? 采用降阻劑;? 換土。地網(wǎng)選用 4 根 50505mm 熱鍍鋅角鋼為垂直地極 L= 米,以 404mm熱鍍鋅扁鋼互連,地極埋地深度 米。 雷電是導(dǎo)致電涌最明顯的原因,雷電擊中輸電線路會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電涌是微秒量級(jí)的異常大電流脈沖。特別適用于城市中的遠(yuǎn)距離高以及是否加用雙向放大器。 數(shù)據(jù)通訊單元由于本監(jiān)測(cè)方案的特點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程管理、實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)雙向通訊等特點(diǎn),所以數(shù)據(jù)通訊包括兩個(gè)部分,即控制中心通訊部分和監(jiān)測(cè)單元數(shù)據(jù)通訊部分,所以我們首選為無(wú)線網(wǎng)橋的通訊方式,其次是 GPRS,在此項(xiàng)目上由于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差,在此不作選擇。本系統(tǒng)采用的為鉛酸電池,設(shè)計(jì)容量為 100Ah,可以滿足陰雨天 7 天工作時(shí)間。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本,額定的輸出電壓為 。(2) 設(shè)備安裝監(jiān)測(cè)站安裝示意圖 供電系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)于某滑坡 GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)特殊情況,我們采用了太陽(yáng)能供電的方式:如下圖:我們采用 120W 的太陽(yáng)能電池板和 200Ah 的蓄電池,這樣的好處是安全、容易避雷、省工,而且在沒(méi)有太陽(yáng)的情況下可以連續(xù)工作 7 天。1) 基巖觀測(cè)墩對(duì)于基巖觀測(cè)墩,在基巖堅(jiān)固結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上打入鋼筋支架澆筑混凝土。(4) 設(shè)備安裝參考站設(shè)備安裝圖對(duì)于本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言,我們?cè)谀郴陆ㄔO(shè) 1 個(gè)參考站,22 GNSS 監(jiān)測(cè)站針對(duì)某滑坡滑坡體的具體情況,在邊坡存在安全隱患的幾個(gè)方位分別布置幾條監(jiān)測(cè)斷面,然后各條斷面上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在沙漠、戈壁等干燥環(huán)境中的標(biāo)石,不得使用火山灰質(zhì)水泥;? 石子采用級(jí)配合格的 5~40mm 的天然卵石或堅(jiān)硬碎石,不宜采用同一尺寸的石子;? 沙子采用 ~3mm 粒徑的中砂,含泥量不得超過(guò) 3%;? 水須采用清潔的淡水,硫酸鹽含量不得超過(guò) 1%;? 外加劑可根據(jù)施工環(huán)境選用,如早強(qiáng)劑、減水劑、引氣劑等,其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定,不得使用含氯鹽的外加劑。 觀測(cè)墩設(shè)計(jì)圖20強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志2) 灌制混凝土標(biāo)石所用材料應(yīng)符合下列要求? 采用的水泥標(biāo)號(hào)應(yīng)不低于 425。 針對(duì)某滑坡項(xiàng)目,考慮到項(xiàng)目部距離監(jiān)測(cè)區(qū)距離比較近,同時(shí)為了控制中心便于管理和維護(hù),我們將 GNSS 參考站和控制中心建設(shè)在項(xiàng)目部的固定基巖上。3mm+1ppm ,垂 直 : 小 于 177。不同遮擋條件下單 GPS 和 BD2/GPS 系統(tǒng)全天候正常工作時(shí)間對(duì)比表(上海地區(qū),高度角 15176。由于 BD2 和 GPS 工作原理一致,因此 BD2+GPS 方案較單GPS 方案具有以下優(yōu)勢(shì):1) 可認(rèn)為選擇接收機(jī)所跟蹤的同步衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星,從而降低了軟件解算時(shí)更換參考衛(wèi)星帶來(lái)的誤差;2)
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